Toplotno upravljanje novih energetskih baterij za vozila
Toplotno upravljanje napajalne baterije je ena ključnih tehnologij na področju litij-ionskih baterij. Njegov namen je zagotoviti temperaturno varnost baterije med uporabo in polnjenjem ter izboljšati energijsko gostoto in življenjsko dobo baterije. Materiali za toplotno upravljanje so potrebna tehnična podpora za dosego tega cilja. Spodaj vas bomo seznanili z uporabo in analizo materialov za termično upravljanje močnostnih baterij.
Toplotno prevodni materiali
Toplotno prevodni materiali igrajo ključno vlogo pri upravljanju toplote akumulatorja. Trenutno pogosto uporabljeni toplotno prevodni materiali vključujejo toplotno prevodno pasto in toplotno prevodne plošče.
Toplotno prevodna pasta se pogosto uporablja na kontaktni površini med baterijami in radiatorji, njena toplotna prevodnost pa je običajno med 1-8 W/mK. Kot toplotno prevoden material lahko učinkovito prenaša toploto iz območij z visoko temperaturo v območja z nizko temperaturo. Metoda priprave toplotno prevodne paste vključuje uporabo toplotno prevodnih delcev, kot so diamantni delci in silicijev nitrid, kot nosilcev za zapolnitev majhnih rež in razpok. Zaradi te prednosti se toplotno prevodna pasta pogosto uporablja pri toplotnem upravljanju akumulatorja.
Toplotno prevodne plošče so običajno izdelane iz bakra ali aluminija in imajo toplotno prevodnost približno 200 W/mK. Ta plošča lahko učinkovito enakomerno prenaša toploto s površine baterije na bližnji radiator, s čimer se doseže enakomerno hlajenje toplote na površini radiatorja in baterije. Hkrati lahko folija tudi izboljša sposobnost adsorpcije radiatorja na baterijo in prepreči, da bi radiator odpadel pod vibracijami.
Toplotni zaščitni material
Material za toplotno pregrado je material, ki upočasnjuje pretok toplote, s toplotno prevodnostjo običajno v območju 0.2-0,35 W/mK. Poleg tega je material enostaven za obdelavo in oblikovanje. Materiali za toplotno pregrado se pogosto uporabljajo znotraj baterijskih modulov in so nameščeni med baterijskimi celicami in radiatorji za zmanjšanje temperaturnih gradientov, s čimer se zniža površinska temperatura baterije in zagotovi varnost baterije.
Obstajata dve glavni kategoriji materialov za toplotno pregrado: izolacijski materiali in kompozitni izolacijski materiali. Izolacijski materiali se uporabljajo predvsem za zmanjšanje površinske temperature akumulatorja in so običajno nameščeni med baterijskimi celicami in radiatorji. Njegove surovine vključujejo predvsem steklena vlakna in keramiko. Kompozitni izolacijski materiali združujejo različne učinkovite materiale, kot so nanosilicijev dioksid in polimeri, da preprečijo prevajanje toplotnega toka in toka. Poleg tega imajo kompozitni izolacijski materiali visoko trdnost in vzdržljivost, zato se pogosto uporabljajo.
Materiali za spremembo faze
Materiali s fazno spremembo so snovi, ki lahko učinkovito absorbirajo in sproščajo velike količine toplotne energije, njihova tališča pa so običajno zelo stabilna. Ko med polnjenjem material s fazno spremembo doseže določeno temperaturo, lahko absorbira veliko količino toplote, s čimer zmanjša najvišjo površinsko temperaturo baterije med polnjenjem in praznjenjem, vzdržuje stabilno površinsko temperaturo baterije in s tem podaljša življenjsko dobo baterije. Zato se materiali za spremembo faze pogosto uporabljajo pri toplotnem upravljanju akumulatorja. Materiali za fazno spremembo so večinoma razdeljeni na dve vrsti: materiali za organsko spremembo faze in materiali za anorgansko spremembo faze. Organski fazno spremenjeni materiali se običajno uporabljajo v nizkih temperaturnih območjih in imajo visoko čistost, vendar relativno počasi absorbirajo in sproščajo toploto. Anorganski materiali s fazno spremembo hitreje absorbirajo in sproščajo toploto, vendar težave, kot sta enostavno taljenje pri visokih temperaturah in strupenost, prav tako omejujejo obseg njihove uporabe.
Skratka, optimizacija toplotnega upravljanja električnih baterij je ključna za izboljšanje njihove varnosti, energijske gostote in življenjske dobe. Učinkovit pristop je uporaba materialov, kot so toplotno prevodni materiali, materiali s toplotno pregrado in materiali s fazno spremembo. Seveda je treba pri izbiri materiala upoštevati tudi dejavnike, kot sta cena in trajnost, da bi dosegli najboljše razmerje med ceno in kakovostjo. Uporaba teh ukrepov lahko bistveno izboljša delovanje električnih baterij.
